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蔬菜大棚内温湿度变化规律及其在生产中的应用
靖江市农业试验站
摘 要 通过平行对比观测研究,分析出了我地钢架塑料大棚的增温效应,以及大棚内气温及地温的变化规律,并根据本地大棚种植的几种主要蔬菜所需的适宜气候指标,提出了春提早及秋延后栽培的适宜生育期,为充分利用本地温光资源,最大限度地发挥塑料大棚作用,科学进行反季节生产提供了依据。
关键词 塑料大棚 蔬菜生产 温湿度
前言
随着农业结构调整步伐的加快,我地采用钢架大棚进行保护地栽培,实行反季节蔬菜生产的面积迅速扩大。如何在不受冻害的前提下,大棚蔬菜开春尽量早、秋冬尽量晚地上市，以充分利用大棚资源和温光资源,创造最好的经济效益，是大棚种植户的迫切愿望。为此我们在江苏沿江地区率先开展了钢架大棚的增温效应及其应用课题研究，通过对8万余个原始数据的汇总分析,得到了第一手的应用资料。
一、 研究设计及说明
研究项目在联合6型标准钢架大棚内进行，棚南北朝向，长45米，宽6米，高2.5米。观测从2002年9月1日开始，到2003年5月31日结束。观测项目有气温、地温、相对湿度；分棚内、棚外同时进行。棚内温湿度分10厘米、150厘米两个高度,其中在150厘米高度除大棚中央主测点外,又在周围设置6个分测点；地温分地表、5厘米、10厘米、15厘米、20厘米深度；观测时间为2:00、8:00、14:00、17:00、20:00时；仪器采用气象专用精密温、湿度表，另外采用自记仪不间断记录全程备用资料。常年气象资料根据靖江市最近45年的资料汇总。另外,在一月份,寒潮到来时,我们又进行了大棚套小棚的双膜覆盖试验。
为了保证资料齐全，我们从9月1号起不间断观测到次年5月31日。从表1可以看出，9、10月份以及次年4、5月份我地棚外温度足够作物生长，这几个月大棚除大雨天放下风口薄膜避雨外，其余整天通风。下面我们就重点围绕生产上最关心的11月到次年3月份的蔬菜大棚温湿度情况进行分析。
二、研究结果与分析
（一）、塑料大棚具有很好的保温、增温效应。
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表1：大棚总体增温效应（150cm高度 单位℃） |
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月
份 |
平均温度 |
最低温度 |
最高温度 |
|
棚内 |
棚外 |
增温 |
棚内 |
棚外 |
增温 |
棚内 |
棚外 |
增温 |
|
9 |
23.5 |
24.2 |
-0.7 |
20.9 |
20.8 |
0.1 |
31.0 |
28.8 |
2.2 |
|
10 |
18.5 |
18.9 |
-0.4 |
15.4 |
15.2 |
0.2 |
29.5 |
23.2 |
6.3 |
|
11 |
12.8 |
10.6 |
2.2 |
8.5 |
7.0 |
1.5 |
25.7 |
15.9 |
9.8 |
|
12 |
8.2 |
5.9 |
2.3 |
5.5 |
3.7 |
1.8 |
18.1 |
9.1 |
9.0 |
|
1 |
6.1 |
2.7 |
3.4 |
0.8 |
-0.6 |
1.4 |
19.5 |
7.0 |
12.5 |
|
2 |
9.7 |
6.1 |
3.6 |
4.3 |
3.1 |
1.2 |
24.2 |
10.1 |
14.1 |
|
3 |
15.1 |
9.5 |
5.6 |
7.7 |
6.3 |
1.4 |
28.6 |
14.0 |
14.6 |
|
4 |
17.4 |
15.3 |
2.1 |
12.2 |
11.8 |
0.4 |
29.1 |
19.5 |
9.6 |
|
5 |
20.8 |
20.2 |
0.6 |
16.9 |
16.8 |
0.1 |
31.1 |
20.2 |
10.9 |
|
平均 |
14.7 |
12.6 |
2.1 |
10.2 |
9.3 |
0.9 |
26.3 |
16.4 |
9.9 |
从表1可以看出，11月份至次年3月份钢架塑料大棚具有明显的保温、增温效应，月度平均增温幅度为3.7℃(2.2～5.6℃)，其中月度平均最低温度增加1.5℃(1.2～1.8℃)。月度平均最高温度增加12.6℃(9.0～14.6℃)。采用塑料大棚进行保护地栽培，不仅为作物提供了适宜的小环境，有效避免了不良气候对蔬菜生长的影响，而且明显增加了昼夜温差，有利于作物的干物质积累，提高农作物的产量和品质，另外显著提高了当地温光资源的利用效率，可以进行蔬菜的春提早或秋延后栽培，实现周年上市，产生最大的经济效益和社会效益。
因9、10月以及次年4、5月份大棚除大雨天外一直处于通风状态，故大棚的增温效果比11月～4月份低，另9、10月棚内种植的是高架作物豇豆，150cm测点处受植株遮荫，故晴天温度反比棚外低，增温为负数。
（二）、晴天大棚增温明显。阴天可以提高棚内的最高温度
塑料大棚的增温效应因天气而异：从表2可以看出，晴天大棚150cm高度的平均气温增幅为5.7℃比阴雨天的1.8℃高3.9℃,平均最高温度增幅为16.7℃,比阴雨天的9.3℃高7.4℃,可见晴天塑料大棚的增温效果要远远超过阴雨天气。而阴雨天气空气湿度大，温度变化缓慢，更有利于体现大棚的避雨及保温效果。而且阴雨天气棚内平均最高温度为19.1℃,也比棚外的9.8℃高9.3℃(见表3),有利于作物的同化积累。
|
表2：不同天气情况下大棚增温效果对比（150cm高度 单位℃） |
|
月
份 |
平均温度 |
最低温度 |
最高温度 |
|
晴天 |
阴雨天 |
温差 |
晴天 |
阴雨天 |
温差 |
晴天 |
阴雨天 |
温差 |
|
11 |
5.7 |
1.8 |
3.9 |
1.6 |
1.5 |
0.1 |
16.7 |
9.3 |
7.4 |
|
12 |
4.7 |
0.9 |
3.8 |
2.1 |
1.9 |
0.2 |
15.9 |
4.8 |
11.1 |
|
1 |
4.6 |
0.7 |
3.9 |
1.1 |
1.6 |
-0.5 |
15.5 |
10.9 |
4.6 |
|
2 |
6.2 |
2.5 |
3.7 |
1.8 |
0.8 |
1 |
17.4 |
11.8 |
5.6 |
|
3 |
7.4 |
3.0 |
4.4 |
1.2 |
1.9 |
0 |
18.0 |
9.7 |
8.3 |
|
平均 |
5.7 |
1.8 |
3.9 |
1.6 |
1.5 |
0.1 |
16.7 |
9.3 |
7.4 |
|
|
表3：大棚阴雨天的增温效果（150cm高度 单位℃） |
|
月
份 |
平均温度 |
最低温度 |
最高温度 |
|
棚内 |
棚外 |
增温 |
棚内 |
棚外 |
增温 |
棚内 |
棚外 |
增温 |
|
11 |
12.3 |
10.5 |
1.8 |
9.3 |
7.9 |
1.4 |
22.8 |
13.6 |
9.2 |
|
12 |
8.9 |
8.0 |
0.9 |
8.5 |
6.6 |
1.9 |
14.9 |
10.1 |
4.8 |
|
1 |
5.4 |
4.7 |
0.7 |
4.9 |
3.3 |
1.6 |
17.3 |
6.4 |
10.9 |
|
2 |
9.4 |
6.9 |
2.5 |
5.9 |
5.1 |
0.8 |
21.4 |
9.6 |
11.8 |
|
3 |
10.0 |
7.0 |
3.0 |
7.5 |
5.6 |
1.9 |
19.1 |
9.4 |
9.7 |
|
平均 |
9.2 |
7.4 |
1.8 |
7.2 |
5.7 |
1.5 |
19.1 |
9.8 |
9.3 |
表4：大棚晴天的增温效果（150cm高度 单位℃） |
|
月
份 |
平均温度 |
最低温度 |
最高温度 |
|
棚内 |
棚外 |
增温 |
棚内 |
棚外 |
增温 |
棚内 |
棚外 |
增温 |
|
11 |
16.3 |
10.7 |
5.6 |
7.8 |
6.1 |
1.7 |
33.1 |
16.2 |
16.9 |
|
12 |
4.5 |
-0.2 |
4.7 |
-0.8 |
-2.9 |
2.1 |
19.7 |
3.8 |
15.9 |
|
1 |
6.2 |
1.6 |
4.6 |
-1.0 |
-2.1 |
1.1 |
22.0 |
6.5 |
15.5 |
|
2 |
10.0 |
3.8 |
6.2 |
1.2 |
-0.6 |
1.8 |
26.3 |
8.9 |
17.4 |
|
3 |
18.9 |
11.5 |
7.4 |
8.0 |
6.8 |
1.2 |
35.3 |
17.3 |
18.0 |
|
平均 |
11.2 |
5.5 |
5.7 |
3.1 |
1.5 |
1.6 |
27.3 |
10.5 |
16.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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（三）、棚内温度变化规律
1、塑料大棚内气温的日变化幅度比外界大。太阳出来后，大棚内温度会迅速上升，在密闭较好的情况下，每小时最快可上升5～8℃，约在13:00～14:00时达到最高值，此后气温开始下降，初始下降缓慢，15:00时后下降速度加快。日落到黎明前大约每小时降低1℃左右，黎明前达到最低。棚温下降速度与外界风速有关，风大，棚温下降得快。阴天棚内温度变化较为缓慢，增温缓慢，降温也慢(见下图)。
大棚1.5米处3月份晴天、阴天日气温变化图
2、塑料大棚内气温的水平分布并不均匀。根据我们在大棚1.5米高度设置的6个观测点资料，早晨8点，大棚东部气温比西部高1-2℃，傍晚西部气温比东部气温高1℃左右。平均气温在大棚中部最高，越向棚边，温度递减，以大棚靠近进出口处温度最低（见表5）。
表5 : 3月11日大棚内1.5米高度温度分布(单位: ℃)
|
|
大棚1.5米温度 |
测点1 |
测点2 |
测点3 |
平均温度 |
|
8点温度 |
东部测点 |
13.2 |
13.2 |
13.1 |
13.2 |
|
西部测点 |
11.9 |
11.9 |
11.8 |
11.9 |
|
17点温度 |
东部测点 |
14.5 |
14.5 |
14.2 |
14.4 |
|
西部测点 |
15.3 |
15.4 |
15 |
15.3 |
3、塑料大棚内的最高气温明显高于室外，而且以晴天增幅最大，晴天大棚的最高气温一般比外界早1小时出现，约13:00时左右，阴天时出现的时间难以确定。大棚通风可以调节最高气温出现的时间，并降低棚内最高温度。大棚的最高温度在11月至次年3月增温幅度均在9℃以上，可大大提高棚内昼夜温差，有利于作物的生长积累。
4、塑料大棚可提高最低气温1.5℃左右(0.8～2.1℃)。棚内最低气温与外界最低气温有同步升降的趋势（见表1、表4）。
（四）、塑料大棚内土壤温度的变化规律：
1、晴天土壤温度中地表温度最高。当日最高地表温出现在13时左右，地温随深度的增加，最高温度出现的时间逐步后延，地下5厘米在14时左右，地下10厘米在15时左右，最高地温大约每小时向下传递5厘米左右。
2、冬季晴天,大棚内、外土壤温度的变化情况明显不同。棚外地温除14:00时地表温度最高外，其余时段温度一般是随土层深度的增加而增加。而塑料大棚内陆温则明显不同（见表6）：14:00时前，地表及上部土层温度增温较快，越近地表增温越快。14:00时后，地表及上部土层温度开始下降，而下部土壤继续增温。
表6: 2月5日（晴天）棚内外地温变化情况 (单位: ℃)
|
时间 |
地表温度 |
5cm地温 |
10cm地温 |
15cm地温 |
20cm地温 |
|
棚内 |
棚外 |
棚内 |
棚外 |
棚内 |
棚外 |
棚内 |
棚外 |
棚内 |
棚外 |
|
8:00 |
4.9 |
-0.6 |
7.0 |
1.5 |
8.2 |
3.0 |
9.5 |
4.0 |
10.0 |
5.0 |
|
14:00 |
27.9 |
17.5 |
18 |
10.9 |
13.2 |
7.0 |
11.2 |
5.6 |
10.0 |
5.2 |
|
20:00 |
11.2 |
1.9 |
13.6 |
5.0 |
14.2 |
6.4 |
13.0 |
6.6 |
11.5 |
6.8 |
（五）、大棚内相对湿度明显高于棚外，并经常处于饱和状态。
我市150cm高处露地空气湿度基本稳定在70—80%之间，然而塑料大棚内空气湿度在12月至3月份均超过了92%，平均增幅达18%（见表7）。在阴天、夜间，尤其是低温时，棚内相对湿度经常处于饱和状态，这种高湿状况，不仅影响作物的开花结实，而且易使植物茎叶生长过旺而徒长，另外容易导致病害的发生和迅速蔓延。
|
表7：湿度对照表 （高度：150cm、%） |
|
月 份 |
9 |
10 |
11 |
12 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
大棚湿度 |
84.0 |
80.2 |
87.6 |
95.0 |
93.0 |
92.8 |
92.3 |
84.8 |
79.4 |
|
棚外湿度 |
73.0 |
71.0 |
68.0 |
78.0 |
71.0 |
79.0 |
73.0 |
75.0 |
74.0 |
|
增加值 |
11.0 |
9.2 |
19.6 |
17.0 |
22.0 |
13.8 |
19.3 |
9.8 |
5.4 |
三、 在生产中的应用
我市冬季和早春季节利用大棚种植的反季节蔬菜主要有番茄、茄子、菜椒、黄瓜、西甜瓜，均属喜温性蔬菜。因此，我们主要针对这几种蔬菜进行研究。另外，大棚反季节生产中遇到的最主要问题是低温冻害问题，因此我们也重点关注大棚的最低温度。
（一）、我地蔬菜大棚应于10月中下旬至次年5月上旬覆膜进行保护地栽培。分析我市45年来的气象资料，我地每年5月至次年10月间气温均能满足我地常规喜温作物生长（见表8、表9），从11月份起，我地开始出现的低温寒潮，对作物的生长会产生巨大的影响，此时进行喜温作物秋延后栽培必须采用大棚保护，我地大棚栽培应于10月中下旬上膜，至5月上旬去膜。从而最大限度地利用大棚资源，在农产品供给中堵淡补缺，产生更好的经济效益和社会效益。
表8 ：我市常年气象数据（单位：℃、mm）
|
月份 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
平均气温 |
2.7 |
4.1 |
8.2 |
14.4 |
19.8 |
23.9 |
27.6 |
27.2 |
22.7 |
17.3 |
11 |
5 |
|
降雨量 |
42.9 |
49.6 |
83.1 |
75.2 |
102.8 |
187 |
160.7 |
124.2 |
93.9 |
64.3 |
49.7 |
28.4 |
表9 ：我地几种主要大棚蔬菜生长的气候指标（℃、% ）
|
品种 |
适宜
生长温度 |
生长
最低温度 |
耐受
最低温度 |
生长
最高温度 |
适宜
生长湿度 |
|
番茄 |
20—30 |
10 |
2 |
35 |
45-55 |
|
茄子 |
22—30 |
10 |
7 |
35 |
70—80 |
|
甜椒 |
23—28 |
12 |
5 |
35 |
60—80 |
|
黄瓜 |
18—30 |
12 |
5 |
35 |
85—95 |
|
西瓜 |
23—28 |
13 |
5 |
35 |
≤50 |
（二）、采用单层薄膜的塑料大棚，可以获得16～28天的作物安全生长空间。用单层薄膜的塑料大棚种植常规喜温蔬菜，并不能安全渡过我地寒冷冬季。仅能将最低气温提高1.5℃左右，我们可以利用单层薄膜大棚进行秋延后栽培，延长作物的生长和收获期，解决供需矛盾，填补市场空缺。另外，我们可以利用单层薄膜大棚进行春提早栽培，使种植的农产品提前上市，抢占商机。分析大棚的增温效应及我市常年气象资料，使用单层塑料大棚，可以使所种作物获得16～28天的安全生长时间，也就是说，按常年气候情形，我们采用单层塑料大棚，可以秋延后或春提早这么多天较为安全地种植常规喜温蔬菜。
（三）、我市采用双膜大棚种植的几种常规蔬菜,有着适宜的棚外临界温度。据对1月4日至13日寒潮观察（平均日照时数为6.2），采用大棚加小拱棚的双膜覆盖方式，棚内气温可比棚外增高6.1℃。据此推算,我市采用双膜大棚种植的几种常规蔬菜,适宜的棚外临界温度如表10。
表10：几种常见蔬菜双膜大棚栽培临界棚外温度 (单位:℃)
|
作物 |
番茄 |
茄子 |
甜椒 |
黄瓜 |
西瓜 |
|
生长最低温度 |
3.9 |
3.9 |
5.9 |
5.9 |
6.9 |
|
耐受最低温度 |
-1.5 |
3.5 |
-1.5 |
-1.5 |
-1.5 |
（四）、我市稳定通过指标温度的日期及应用。
我市最近45年的平均气温统计结果表明：我市稳定通过表10临界温度指标的日期如下表：
表11：我市日平均气温稳定通过指标气温的初、终日
|
|
稳定通过3.9℃ |
稳定通过5.9℃ |
稳定通过6.9℃ |
|
|
初日 |
终日 |
初日 |
终日 |
初日 |
终日 |
|
时间 |
9/2 |
24/12 |
29/2 |
9/12 |
4/3 |
30/11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
由表11可以看出：我市常年通过3.9℃、5.9℃、6.9℃的初日为2月9日、2月29日、3月4日，终日为12月24日、12月9日、11月30日。由此可以得出番茄双膜栽培最早可在2月中旬定植，秋延后栽培可生长至12月中下旬，而西瓜双膜栽培最早可在3月上旬定植，最迟生长至11月下旬，别的品种依此类推。选准临界日期,是大棚春提早或秋延后栽培成功的关键,可以最大限度地利用大棚资源及本地的温光资源,确保安全生产(见表12)。
表12：几种常见蔬菜双膜大棚栽培最早定植及最迟生长时间
|
作物 |
定植最早可提前至 |
最迟可生长到 |
|
番茄 |
2月中旬 |
12月中下旬 |
|
茄子 |
2月中旬 |
12月中下旬 |
|
甜椒 |
3月上旬 |
12月上旬 |
|
黄瓜 |
3月上旬 |
12月上旬 |
|
西瓜 |
3月上旬 |
11月底 |
（五）、若能在强降温阶段，临时采用保温、增温措施，大棚种植期更可明显扩展。以上为单、双膜覆盖栽培的分析结果，在实际生产中，作物的冻害主要发生在寒潮来临阶段，如在这一阶段加盖草帘、多层簿膜覆盖或者采用电热线、煤炉、蜡烛等措施增温保护，避免作物冻害，大棚种植期更可显著扩展，甚至可以进行全程越冬栽培。
（六）、我市冬季阴雨天多、日照少，大棚管理应严控湿度。从表13可以看出：2002年12月份日照仅为118.1小时、2003年2月份日照为119.5小时，12月份至次年3月份，大棚相对湿度均在92%以上，光照不足, 湿度过高，影响作物开花,造成植物徒长,并且极易诱发病害.所以栽培中应把控制湿度作为大棚管理的第一要务，具体措施中一是要选用耐低温弱光抗病品种；二是覆盖地膜，尽量滴灌，降低棚内湿度；三是浇水补肥要选晴天上午进行，尽量浇在根部，浇水后及时放风排湿。四是病虫防治中尽量使用烟雾剂，减少棚内用水；五是抓紧有利时机，努力通风散湿。
表13：2002-2003年雨雪天数及日照时数（单位：天）
|
月份 |
9 |
10 |
11 |
12 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
日照天数 |
9 |
11 |
6 |
16 |
10 |
14 |
19 |
20 |
18 |
|
日照时数 |
239.8 |
215.3 |
177.4 |
118.1 |
187.6 |
119.5 |
175.6 |
135.7 |
187.8 |
|
